led车灯的核心技术(车灯行业专题报告)
(报告出品方/作者:长江证券,高登、高伊楠)
1 车灯智能化升级,矩阵大灯引领潮流车灯智能化升级,ADB 保障行车安全
ADB(Adaptive Driving Beam)是符合汽车安全照明趋势的智能远光灯系统。传统远 光灯虽然能极大地提高驾驶员的视野,但产生的强光刺激容易导致前方来车的驾驶员出 现炫目,降低其判断力,危害夜间行车安全。ADB 技术能借助视频摄像头输入信号,判 断前方来车的位置与距离,相应地调整灯光照射的区域与亮度,在满足驾驶员视野需求 的前提下最大限度地保障行车安全。
在原理层面,ADB 智能大灯的实现原理包括感知、决策与执行三个环节:借助摄像头或 毫米波雷达等传感器采集前方信息,通过算法进行照明区域与亮度的处理决策,最后通 过车灯内部控制器与光学模组分区域控制大灯。
在执行层面,目前有三种主流技术路线:1)机械式,主要通过在灯源前方加入电机设备 实现灯源遮罩;2)矩阵式,通过多颗 LED 组成行、列或矩阵式排列实现控制,对驱动 能力、散热能力与光学系统提出更高要求;3)DLP 式,主流方案是通过在灯源前放置 DMD 器件(Digital Micromirror Device, 数字微镜元件)实现对大灯百万像素级的控制, 可实现前方信息投影。
矩阵式是实现 ADB 功能的主流方案
机械式响应速度慢、噪声大、性能差,DLP 式虽 然可以达到百万像素级,但核心 DMD 部件目前仅由 TI 供应,成本高。对比来看,矩阵 式技术路线较好地实现了性能与成本的平衡,是当前实现 ADB 的主流方案。
对当前应用矩阵大灯的主要品牌及车型进行梳理,发现近两年矩阵大灯开始出现标配化、 平价化的应用趋势:
从配置比例上看,部分车型已将矩阵大灯作为全系标配配置。在大众 ID.4 X、讴歌 RDX、传祺 M8 及比亚迪唐等车型中,矩阵大灯已成为全系标配的配置。以 ID.4 X 为例,该车型应用了来自大众的 IQ.Light 矩阵式大灯,该款矩阵大灯的灯光模块由 11 个远光 LED 模组和 7 个近光 LED 模组构成,能通过前置摄像头采集前方信息, 控制大灯光型,具备自动开启、延时关闭、大灯高度自动调节、AFS 转向辅助、远 近光灯自动调节等功能。比亚迪秦 Pro 的矩阵大灯则来自比亚迪照明(BYD Light) 的龙晶大灯(Dragon Beam),拥有 3-5 个并列的 LED 灯组,在 2020 款的秦 Pro 燃油版中已实现全系标配。
从配置价格上看,最低标配价格已经下探至 10 万元以下区间。东风乘用车风神奕 炫的 11 款在售车型中,有 3 款标配了鹰眼矩阵式全 LED 大灯,其中最低价格为 9.19 万。而全系标配矩阵大灯的比亚迪秦 Pro 最低标配价格仅为 7.98 万元。
2 差异化配置先锋,矩阵大灯加速渗透2021 年矩阵大灯渗透率提升。据测算,2021 年矩阵大灯整体渗透率由 2020 年的 3.6% 提升至 5.8%。本测算选取当年主力销售车型,统计其灯光配置情况。整体来看,被统 计车型 2021 年销量约为 1931.3 万辆,占行业批发销量比例达 90.0%,经测算,矩阵 大灯的搭载量约为 111.7 万辆,渗透率达到 5.8%。就新能源市场而言,被统计车型 2021 年销量约为 295.8 万辆,占新能源批发销量比例达 90.2%,经测算,矩阵大灯的搭载量 约为 20.8 万辆,渗透率达到 7.0%。
行业整体:德系与自主双领先,级别与价格齐向下
对 2021 年渗透情况进行拆分,矩阵大灯的配置车型呈现“德系与自主双领先、级别与 价格齐向下”的特点。
分派系:德系与自主品牌矩阵大灯渗透率领先
分派系来看,德系与自主品牌渗透率均约为 8.4%,领先于其他派系。在占行业销售量 90%的主力车型中,自主、德系、美系的销量分别为 820.3、420.6、201.8 万辆,测算 矩阵大灯搭载量分别为 68.6、35.5、7.5 万辆,渗透率分别为 8.37%、8.45%、3.72%, 自主与德系渗透率领先优势明显,德系略高于自主,但两者差距较小。
德系中大众与奥迪品牌矩阵大灯渗透率领先,自主热销车型哈弗 H6、瑞虎 8 矩阵大灯 配置比例分别达到 53%、50%。2021 年,德系有 17 款车型月均销量过万,其中配备有 矩阵大灯的车型有 6 款,且均为大众集团旗下品牌。在配备有矩阵大灯的自主品牌车型 中,有两款平均月销过万的车型,且配置比例较高:哈弗 H6、瑞虎 8。哈弗 H6 2021 年 平均月销水平高达 3.09 万辆,矩阵大灯的配置比例为 53%,最低标配价格为 11.59 万 元。瑞虎 8 2021 年平均月销水平达 1.34 万辆,矩阵大灯的配置比例为 50%,最低标配 价格为 10.59 万元。两款车型均具备 L2 级的自动辅助驾驶技术,为自动识别前方路况、 调整前大灯照明提供基础。(报告来源:未来智库)
分类型:矩阵大灯最低已渗透至 A 级轿车与 SUV
分车种来看,MPV 渗透率最高,其次为 SUV 与轿车。2021 年 MPV、SUV、轿车的矩 阵大灯渗透率分别为 18.3%、6.7%、4.0%。MPV 的高渗透率主要受到两方面影响:一 方面,整体来看 MPV 车型偏少,且销量向头部车型的集中程度更高;另一方面,MPV 主力车型中配备矩阵大灯的车型较多,且配置比例普遍偏高。除别克 GL8 配置比例为 19%外,传祺 M8、五菱凯捷、传祺 M6 的配置比例分别达到 100%、75%、60%。
分级别来看,C 级仍为矩阵大灯配置的主力级别,B 级渗透率提升较快,A 级车已拉开 配置序幕。1)C 级:2021 年矩阵大灯在 C 级轿车与 SUV 上的渗透率分别达到 36.7%、 14.1%,远超其他级别,C 级仍是矩阵大灯的主力配置级别。2)B 级:2019 年底上市 的 2020 款迈腾率先配置了矩阵大灯,8 款车型中 3 款标配、2 款选配矩阵大灯,拉开 合资 B 级车车灯升级序幕。而到 2021 年,矩阵大灯在 B 级轿车与 SUV 上的渗透率分 别达到 5.1%、8.5%,B 级车矩阵大灯渗透率提升较快。3)A 级:2021 年矩阵大灯在 A 级轿车与 SUV 上的渗透率分别为 0.1%、7.4%。大众高尔夫将矩阵大灯配置下沉至 A 级轿车,配置比例达到 14%,最低配套价格为 22.98 万元。平均月销水平过 3 万的 A 级 SUV 哈弗 H6 矩阵大灯配置比例达到 53%,最低标配价格为 11.59 万元。矩阵大灯在车 型级别层面进一步下探,且 SUV 下探程度深于轿车。
分价格:主流价格带为 20-25 万,最低下探到 8-12 万
分价格带来看,当前 20-25 万仍为搭载矩阵大灯车型的主流价格带,但矩阵大灯配置最 低已下探到 8-12 万价格带。2021 年 8-12 万、12-15 万、15-20 万、20-25 万与 30 万 以上价格带车型的矩阵大灯渗透率分别为 4.8%、4.8%、1.3%、17.6%与 9.9%。
主流车型中矩阵大灯最低标配价格已下探至 10 万元左右,少数 10 万元以下车型也有 搭载。主流车型瑞虎 8、荣威 RX5、五菱凯捷矩阵大灯最低标配价格分别为 10.59、10.38、 10.68 万元,配置比例分别达到 50%、67%、75%。而由于月销水平低未计入本次统计 的车型奕炫、秦 Pro 也配备有矩阵大灯,其中秦 Pro 实现了全系标配,两者的最低标配 价格分别低至 9.19、7.98 万元。
就不同派系而言,自主品牌价格下探程度最深。自主、德系矩阵大灯配置的主流价格带 均为 20-25 万,渗透率分别为 36.3%、28.9%,美系在 30 万以上车型的渗透率更高 (6.5%),但与 12-15 万(4.9%)、20-25 万(4.9%)价格带的差距相对更小。德系最 低下探至 12-15 万元价格带,渗透率达到 11.4%,而自主品牌最低已下探至 8-12 万元 价格带,渗透率达到 6.4%。
新能源细分市场:车灯升级提升竞争力,20 万以上价 格带渗透率更高
新能源市场矩阵大灯渗透率达 7.0%,分类型、价格带来看,以 C 级轿车、20-25 万元 价格带为主,最低已分别下探到 A 级轿车、12-15 万元价格带。1)类型:分车种来看, SUV、轿车渗透率分别为 11.3%、4.7%。分级别来看,轿车中以 C 级为主,渗透率达 到 36.3%,最低已下探至 A 级轿车,渗透率为 6.0%;SUV 中,A 级、B 级、C 级的渗 透率分别为 16.6%、13.2%、8.0%。2)价格带:与行业整体情况类似,新能源细分市 场中 20-25 万元仍为配置矩阵大灯车型的主力价格带,渗透率高达 34.3%。整体上新能 源市场 20 万元以上价格带渗透率显著更高,25-30 万元渗透率达到 15.1%,车灯升级 成为提升产品竞争力的重要手段之一。而与行业整体最低 8-12 万元的下探区间相比, 新能源车的下探程度稍弱,最低至 12-15 万元价格带,渗透率为 5.5%。
分派系来看,德系渗透率大幅领先。德系、自主新能源车矩阵大灯渗透率分别为 30.1%、 6.7%,德系渗透率遥遥领先,主力车型 ID.4 X 已实现全系标配矩阵大灯,ID.4 CROZZ 配置比例也超过了 70%。两款来自大众 ID.家族的车型配置的为 IQ.Light 矩阵 LED 大 灯,单个灯组内具备 11 个远光 LED 模组与 7 个近光 LED 模组,可根据环境照明、车速、转向角度等自动调节光型,优化照明效果,并可通过多功能摄像头识别前车或对向 来车,实时根据车辆相对位置调整照明区域和亮度,规避远光灯炫目带来的安全隐患。
车灯升级已成为自主品牌提升竞争力的重要手段。德系品牌的高渗透率主要源于整体销 量规模较小,且主力车型 ID 系列矩阵大灯配置比例高。在自主品牌中,矩阵大灯在 20 万元以上价格带车型的渗透率显著更高,20-25 万元、25-30 万元价格带的渗透率分别 为 26.5%、43.6%,车灯升级已成为彰显竞争力的重要手段之一。此外,自主品牌的级别与价格下探程度更深,最低已下探至 A 级轿车、12-15 万价格带,代表车型荣威 Ei5 2021 年平均月销 0.14 万辆,已实现全系标配矢量矩阵 LED 大灯,最低配置价格为 14.18 万元。
成本下降助力配置向下,推动矩阵大灯渗透率加速
配置能否下探关键因素在于成本,矩阵大灯成本取决于 LED 数量。与传统 LED 灯的不 同之处在于,矩阵式智能大灯通过控制多颗 LED 芯片实现像素智能大灯控制,独立分 区的数量增多,相应地也增加了成本
LED 数量主要影响照明精度,矩阵大灯方案具备灵活性。单只大灯的模组数量会影响光 学性能,更多的 LED 芯片能带来更高精度的照明效果。在保证效果的前提下,可通过 减少一定的 LED 数量降低成本。从国外的应用来看,早期矩阵大灯多搭载于高端车型, 低成本矩阵大灯特点是简化了车灯结构。例如 2013 年上市的奥迪 A8 改款应用的矩阵 大灯,其中远光灯由 5 组共计 25 颗独立的 LED 组成,可实现对多个正向或对向车辆的 动态光束管理。而马自达在 2014 年日本电子高新科技博览会上展示的“ALH 自适应 LED 阵列前大灯”技术的远光灯由 12 颗 LED 组成,并被划分为独立的 4 组,虽然照明 精度与奥迪有差距,但仍能实现规避传统远光灯炫目危害的功能,且成本更为低廉。
方案灵活性与规模化助力矩阵大灯配置下探,加速渗透率提升。更低成本的 LED 方案 为更多平价车型配备 LED 提供可能性。奥迪 A6L 配备的高清矩阵式 LED 大灯具备 32 个独立光源,最低标配价格超过 40 万元;而配备有矩阵大灯的秦 Pro 最低标配价格不 足 10 万元,其所配备的龙晶矩阵大灯拥有 3-5 个 LED 灯组,每个灯组由 10 余颗 LED 灯珠组成。此外,矩阵大灯应用比例提升所带来的规模化效应也将进一步降低成本。
展望未来:特斯拉、造车新势力领航车灯智能化,渗透 率有望进一步提升
展望 2022 年,矩阵大灯渗透率有望持续提升。特斯拉美国工厂已于一季度交付带有矩 阵式 LED 大灯的 Model S 车型,原有车型也于 2021 年底进行 OTA 升级,实现对前照 灯光束的控制。3 月底开始交付的蔚来 ET7 配置了智能灯光交互,由远近光一体式大灯 与“Double-Dash”日间行车灯组成,大灯采用了双层矩阵式 LED 布局。小鹏 G9 计划 于三季度上市,从广州车展的亮相情况来看,新车大灯有望搭载矩阵式灯珠与激光雷达。 除此以外,零跑 C11 性能版、领克 03 中期改款、传祺 EMKOO 等新车大灯均有望实现 矩阵大灯的配置。
一季度超 10 款新车配备矩阵大灯。2022 年一季度上市的主要车型中,有 12 款配备有 矩阵大灯或提供相关选配。从配置比例来看,标配车型的配置比例最低已达到 60%,其 中思皓曜、宋 MAX 新能源、UNI-K 新能源、星途追风 ET-i 已实现全系标配;从最低标 配价格来看,涉及各个价格带车型,其中思皓曜的最低标配价格仅为 9.88 万元。2022 年矩阵大灯渗透率有望持续快速提升。
3 成本具有下降潜力,DLP 大灯有望接力矩阵大灯智能灯光交互,新势力车灯升级后来居上
高合 HiPhi X 配置可编程智能大灯,实现纳米级精准控制。2020 年 9 月,高合汽车发 布 HiPhi X,该车型配置了 PML 可编程智能大灯,是具备独立计算器、红外摄像头与 260 万片微镜芯片的灯组系统,能做到类似投影仪般的精准光型控制。该车灯提供标准 近光、城市远光、标准远光、集束远光四大行驶照明模式,具备低速转向辅助、盲区变 道提示、行驶轨迹预测、车道偏离提示、行人追踪提示、行人引导让行与车辆追踪屏蔽 功能。
智己 L7 DLP 数字投影大灯分辨率达到 260 万像素。2021 年 4 月开启预售的智己 L7 配 置了像素式、可编程智能大灯。该 DLP 光迹投影大灯集成了 DMD 数字微型晶片与 AI 视觉芯片,具备 260 万个独立的微米级微反射镜,可实现对光束的精准控制,投影分辨 率达到 260 万像素,在行车辅助外还能较好地实现场景交互功能。
数字大灯投影,基于 DMD 的 DLP 技术是主流
基于 DMD 的 DLP 技术是实现数字大灯投影功能的主流方案。实现大灯投影功能主要 有以下技术路线:
1)基于 DMD 的 DLP 技术:DMD(数字微镜器件)是一种电子输入、 光学输出的微机电系统(MEMs)。DLP 芯片由 DMD、DMD 控制器、DMD 微镜驱动器 等构成,芯片组能借助高达 60Gbps 的像素数据速率高速且精准地控制数百万镜片,实 现车灯像素级别投影。
2)LCD 技术:LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)技术是 一种成熟的显示技术,光线通过液晶发生多次反射、折射而改变路径。LCD 大灯通过控 制系统向 LCD 模块发出指令,进而发送像素显示的指向与强度,提供高分辨率与高像 素的照明。
3)Micro LED 技术:Micro LED 的 LED 尺寸通常小于 100μm,该技术预 先在芯片的硅衬底中整合了矩阵式的 CMOS 控制电路,并对芯片进行矩阵式微结构处 理,实现对每个微结构区域单独的控制,形成大灯中的独立像素。由于偏光片与液晶面 板损耗的限制,LCD 技术的光学效率较低,且改善空间有效,而 Micro LED 技术的像 素数量远低于 LCD 与 DMD,基于 DMD 的 DLP 技术仍是当前实现数字大灯投影功能 的主流方案。
DLP 技术通过灯源切换实现 ADB 功能,对大灯控制达到百万像素级,赋予车灯智能交 互性。与矩阵式大灯百级到万级的像素级别相比,DLP 的像素级别可达到百万级,可以 实现有效像素内任意造型的遮蔽与照明。由于 DLP 技术的高精度与高分辨率远超过前 大灯像素需求,进而在保障行车安全的基础上进一步地带来信息交互功能。但 DLP 技 术的光学设计与系统更为复杂,且主要由 TI 公司掌握,成本远高于矩阵大灯。
高端车型搭载 多场景应用,规模效应下 DLP 具备降本 空间
目前 DLP 大灯主要应用于高端车型。豪华车代表车型奔驰 S 级、迈巴赫 S 级当前 DLP 大灯最低标配价格分别为 178.11、238.8 万元,奥迪在欧洲市场的 2021 款 e-tron 与 etron Sportback 车型也推出数字化矩阵 LED(DML)前大灯选配装置。新势力高合、智 己分别在高合 HiPhi X、智己 L7 车型上搭载了 PML 可编程智能大灯、DLP 光迹投影大 灯,最低标配价格分别为 62.00、40.88 万元,2022 年将量产的智己 LS7 也将搭载 260万像素的 DLP 投影大灯。虽然名称略有差别,但这些具备智能交互功能的大灯均采用 了基于 DMD 的 DLP 技术。
AR-HUD 与前照灯领域的 DLP 技术具备通用性。DLP 技术具备多应用场景,在汽车行 业主要为照明与显示:前者即为 DLP 大灯,后者则是指 AR-HUD(增强现实抬头显示), 使驾驶员无需低头就可获得有关车辆巡航、车速与导航等的信息,增强行车安全性。采 用 DLP 技术的 AR-HUD 具备分辨率高、亮度高、技术成熟等优势,奔驰 S 级、第二代 传祺 GS8 车型均配置了由 TI 公司 DLP 芯片提供支持的 AR-HUD 功能。对比 TI 公司用 于大灯的 DLP5531-Q1 与用于 AR-HUD 的 DLP5530-Q1 芯片组来看,其底层 DLP 技 术具备通用性。基于 DLP 数字交互大灯技术的积累,华域视觉现已完成对 AR-HUD 台 架与实验车的 5 轮迭代。
规模化程度提升有望降低 DLP 技术成本。豪华品牌与造车新势力持续推进 DLP 大灯的 应用,智己 L7 与高合 HiPhi X 的 DLP 大灯均来自华域视觉,智己 2022 年将量产的 LS7 车型也将搭载 DLP 大灯。华域视觉第一代 DLP 数字大灯与显示控制系统已实现量产, 第二代更高像素、更多场景功能的 DLP 数字大灯正在推进量产过程中;星宇股份已布 局 DLP 技术,2021 年承接的 135 亿元新项目订单中包括 ADB 前照灯、DLP 前照灯与 车灯控制器。AR-HUD 渗透率也在持续提升,规模化效应下,DLP 技术成本具备一定程 度的下降空间。
4 投资分析:ADB 市场持续成长,国内龙头深度参与矩阵大灯加速渗透,DLP 大灯开始应用于高端车型,ADB 市场持续成长。国内龙头企 业已经深度参与车灯智能化的浪潮,未来有望显著受益,重点推荐:1)星宇股份:走向 全球的车灯龙头,2021 年承接包括 ADB 前照灯、DLP 前照灯及车灯控制器等共计 135 亿元新项目订单,持续加强对基于 DMD、Micro LED 智能前照灯模组等新技术的开发 应用;2)华域汽车:国内综合实力最强的车灯企业,深度布局 ADB、DLP 和环境感知 等前沿技术,第一代 DLP 数字大灯与显示及控制系统 Lighting Master 已实现量产,推 进第二代更高像素、更多场景功能的 DLP 数字大灯的量产中。(报告来源:未来智库)
星宇股份:走向全球的车灯龙头,矩阵式 ADB 大灯已 获订单
星宇股份凭借自身的技术实力和成本优势在国内市占率持续提升,完成了从“卤素→氙 气→LED”以及“自主→合资→豪华”的产品客户双飞跃。随着公司战略不断升级,产 品端公司 2021 年承接 135 亿元新项目订单,包括 ADB 前照灯、DLP 前照灯及车灯控 制器等项目,产品进一步升级。同时,公司现已成立研究院和上海、武汉等地的研发中 心,持续加强对基于 DMD、Micro LED 智能前照灯模组等新技术的开发应用。客户端, 公司配套向日系、豪华、高端自主及新能源车企突破,并布局塞尔维亚进军全球配套体 系,市占率有望稳步提升。车灯行业二次成长在即,星宇迎来赛道加速、格局优化与盈 利回升三重赋能。
华域汽车:掌控车灯前沿技术,量产迭代领跑新方向
华域自 2018 年 3 月完成上海小糸日方股权收购,旗下车灯业务华域视觉已是国内份额 最高企业,2020 年收入达到 110.4 亿元。华域视觉重视研发,并深度布局车灯业务各 项前沿技术。目前公司第一代 DLP 数字大灯与显示及控制系统 Lighting Master 已实现 量产,已完成第二代更高像素、更多场景功能的 DLP 数字大灯的研发,正在推进量产 过程中。高合 HiPhi X 与智己 L7 均搭载了来自华域视觉的智能车灯交互系统与前沿汽 车照明科技。在环境感知上,华域视觉也有深度布局,原华域技术中心的摄像头业务已 经整合进入华域视觉。华域视觉有望凭借在车灯领域的优势,叠加感知系统业务,实现 智能驾驶和智能车灯的全产业布局。
科博达:全球控制器龙头,空间巨大
科博达是全球车灯控制器领域的龙头企业,核心客户包括大众集团、戴姆勒、捷豹路虎、 宝马、一汽集团及上汽大众等,已先后成为上汽大众、奥迪公司、一汽大众和保时捷汽 车的 A 级供应商。随着矩阵大灯的全面渗透,控制器价值量有望提升,成本优化下,控 制器分拆有望成为未来趋势,打开公司成长空间。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站
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